JP5645209B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、交流側が電力系統に接続され、直流/交流間で電力変換を行う電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device in which an AC side is connected to a power system and performs power conversion between DC and AC.
従来の電力変換装置として、3相のメインコンバータの各相の交流線に、メインコンバータの直流電圧より小さい直流電圧を有する単相のサブコンバータの交流側を直列接続して構成されるものがある。そして、メインコンバータを半周期に1パルスのゲートパルスにて駆動し、各コンバータの相電圧の和で電力変換装置の相電圧を発生する(例えば、特許文献1参照)。
また、従来の別例による電力変換装置は、系統電圧が所定の電圧レベル以下となったことを検知する系統電圧レベル低下検知手段と、該検知手段の検知持続時間を測定する検知持続時間測定手段とを具備し、系統電圧レベル低下検知手段がレベル低下を検知し、かつ検知持続時間測定手段による測定時間が所定時間以上であったとき、系統の瞬時電圧低下を検出することを特徴とし、検知持続時間測定手段は電圧ゼロクロスポイント付近で無効にする。また、インバータのゲート信号を遮断するゲートブロック手段を具備し、瞬時電圧低下が起こったときインバータのゲート信号を遮断することにより出力を停止して装置を過電流から保護し、復電したとき前記インバータにゲート信号を送出して運転を再開する(例えば、特許文献2参照)。As a conventional power converter, there is one configured by connecting in series the AC side of a single-phase sub-converter having a DC voltage smaller than the DC voltage of the main converter to the AC line of each phase of the three-phase main converter. . Then, the main converter is driven by one gate pulse in a half cycle, and the phase voltage of the power converter is generated by the sum of the phase voltages of the respective converters (see, for example, Patent Document 1).
In addition, a conventional power conversion device according to another example includes a system voltage level drop detection unit that detects that the system voltage is equal to or lower than a predetermined voltage level, and a detection duration measurement unit that measures a detection duration of the detection unit. And detecting the instantaneous voltage drop of the system when the system voltage level drop detecting means detects the level drop and the measurement time by the detection duration measuring means is not less than a predetermined time. The duration measurement means is disabled near the voltage zero cross point. In addition, gate block means for shutting off the gate signal of the inverter is provided, and when an instantaneous voltage drop occurs, the output is stopped by shutting off the gate signal of the inverter to protect the device from overcurrent, and when power is restored A gate signal is sent to the inverter to resume operation (for example, see Patent Document 2).
上記特許文献1記載の電力変換装置では、複数の電力変換器を組み合わせて電圧を出力することで小型化、高効率化を図るものである。しかしながら、接続された電力系統の瞬時電圧低下時には、過電流の発生、またサブコンバータの直流電圧の変動による過電圧が発生するため電力変換装置の保護が必要となる。
上記特許文献2には、電力系統の瞬時電圧低下時に電力変換装置の運転を停止して過電流から保護する技術が記載されている。しかしながら、分散電源を電力系統に連系する電力変換装置が停止すると、電力系統での電力の需給バランスが崩れるという問題点があった。また、一旦電力変換装置を停止して電力系統のラインから解列すると、再び電力変換装置の運転を開始するのに時間を要するものであった。In the power conversion device described in
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a technique for protecting an overcurrent by stopping the operation of the power converter when an instantaneous voltage drop of the power system occurs. However, when the power conversion apparatus that links the distributed power source to the power system stops, there is a problem that the power supply-demand balance in the power system is lost. In addition, once the power converter is stopped and disconnected from the power system line, it takes time to start the operation of the power converter again.
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、主電力変換器と直流電圧が比較的低い副電力変換器とを直列接続して構成される電力変換装置を、電力系統の瞬時電圧低下時および復電時にも信頼性良く運転継続することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a power conversion device configured by connecting a main power converter and a sub power converter having a relatively low DC voltage in series. The purpose is to continue the operation with high reliability even when the instantaneous voltage drop of the power system and the power recovery.
この発明による電力変換装置は、交流側が電力系統に接続され、直流/交流間で電力変換を行う電力変換器と、上記電力変換器を制御する制御装置とを備える。上記電力変換器は、1つの主電力変換器と、該主電力変換器の直流電圧より低電圧の直流コンデンサを有し、上記主電力変換器の交流側と上記電力系統との間に、交流側が直列接続された副電力変換器とを備えて、上記主電力変換器および上記副電力変換器の交流側発生電圧の合計電圧を交流側に発生する。上記制御装置は、上記電力変換器の相電流である変換器電流を指令値に追従させ、上記副電力変換器の上記直流コンデンサの電圧が設定された電圧となるように、2種の制御モードを有して上記主電力変換器および上記副電力変換器への制御信号を生成する。上記2種の制御モードは、系統電圧の半周期に1パルスの電圧を出力するように上記主電力変換器を制御すると共に、上記変換器電流が上記指令値に追従するように上記副電力変換器をPWM制御する第1の制御モードと、上記直流コンデンサをバイパスさせるように上記副電力変換器を制御すると共に、上記変換器電流が上記指令値に追従するように上記主電力変換器をPWM制御する第2の制御モードとである。そして、上記制御装置は、上記直流コンデンサの電圧が所定の電圧範囲を外れると上記第1の制御モードから上記第2の制御モードに切り替えるものである。 A power converter according to the present invention includes a power converter that is connected to a power system on the AC side and performs power conversion between DC and AC, and a control device that controls the power converter. The power converter has one main power converter and a DC capacitor having a voltage lower than the DC voltage of the main power converter, and the AC power is connected between the AC side of the main power converter and the power system. And a sub power converter having a side connected in series, and generates a total voltage of the main power converter and the AC side generated voltage of the sub power converter on the AC side. The control device causes a converter current, which is a phase current of the power converter, to follow a command value, and two control modes are set so that the voltage of the DC capacitor of the sub power converter becomes a set voltage. To generate a control signal to the main power converter and the sub power converter. The two control modes control the main power converter so as to output a voltage of one pulse in a half cycle of the system voltage, and the sub power conversion so that the converter current follows the command value. A first control mode for PWM control of the converter, and the sub power converter is controlled to bypass the DC capacitor, and the main power converter is PWMed so that the converter current follows the command value. This is a second control mode to be controlled. The control device switches from the first control mode to the second control mode when the voltage of the DC capacitor is out of a predetermined voltage range.
この発明による電力変換装置は、電力系統の瞬時電圧低下時に、副電力変換器の直流コンデンサの電圧変動を抑制して過電圧を抑制すると共に主電力変換器の動作により過電流を抑制して運転を継続できる。このため、電力供給先である電力系統や負荷機器に及ぼす悪影響を低減でき、電力変換装置の信頼性が向上する。 The power converter according to the present invention suppresses the overvoltage by suppressing the voltage fluctuation of the DC capacitor of the sub power converter when the instantaneous voltage drop of the power system occurs, and suppresses the overcurrent by the operation of the main power converter. Can continue. For this reason, the bad influence which acts on the electric power system which is an electric power supply destination, or load equipment can be reduced, and the reliability of a power converter device improves.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電力変換装置を図に基づいて説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による電力変換装置、より具体的には、分散電源としての太陽電池1からの直流電力を交流電力に変換して電力系統15に連系し、電力系統15への電力送電を行う電力変換装置の構成を示す図である。
電力変換装置の主回路である電力変換器は、太陽電池1に並列接続されたコンデンサ2と、太陽電池(PV)1を出力制御して電力を取り出す為のDC/DCコンバータ3と、DC/DCコンバータ3の出力側に接続された電力貯蔵部としての2直列のメインコンデンサ4a、4bと、主電力変換器としてのメインインバータ5および副電力変換器としてのサブインバータ7a、7bから成るインバータ部10と、インバータ部10の交流出力側に接続され、交流リアクトル11、13およびフィルタコンデンサ12から成る平滑フィルタとを備え、開閉器14を介して電力系統15に連系される。また、フィルタコンデンサ12は三相結線されて、その接続点と2つのメインコンデンサ4a、4bの接続点とが接続される。
Hereinafter, a power converter according to
FIG. 1 shows a power conversion apparatus according to
The power converter, which is the main circuit of the power converter, includes a
インバータ部10のメインインバータ5は、それぞれダイオードが逆並列接続されたIGBT等から成る自己消弧型の半導体スイッチング素子6を複数個備えて構成される三相3レベルインバータであり、メインコンデンサ4a、4bの直流電力を交流電力に変換する。各相において、直流母線間に高圧側半導体スイッチング素子と低圧側半導体スイッチング素子とを直列接続し、その接続点と2つのメインコンデンサ4a、4bの接続点との間に、互いに逆極性に接続された2つの半導体スイッチング素子を接続する。
なお、ここで用いる半導体スイッチング素子6はIGBT以外にも、GCT、GTO、トランジスタ、MOSFET等でもよい。なお、メインコンデンサ4a、4bはメインインバータ5の直流側に内蔵され、またメインインバータ5は、三相2レベルインバータでも良い。The
In addition, the
メインインバータ5の各相交流線には、サブインバータ7a、7bが、それぞれ1以上(この場合2個)直列接続されてサブインバータ部7を構成する。各サブインバータ7a、7bは、直流電圧を保持する直流コンデンサとしてのサブコンデンサ8a、8bと、それぞれ4個のMOSFET等から成る半導体スイッチング素子9とを備えた単相フルブリッジインバータである。
なお、ここでは、サブインバータ7a、7bは2段構成で直列に接続して出力電圧のレベル数を多くし、高調波の少ない電圧が出力できるような構成としているが、1段構成でも、また3以上の多段構成であっても良い。One or more (two in this case)
Here, the
各相のサブインバータ7a、7bの出力電圧は、メインインバータ5の各相出力電圧に重畳され、メインインバータ5の出力電圧と各サブインバータ7a、7bの出力電圧との電圧和を、平滑フィルタ11〜13を介して電力系統15に出力する。また、開閉器14は異常時に遮断動作を行う。
なお、各サブインバータ7a、7bの直流電圧であるサブコンデンサ8a、8bの電圧(サブ直流電圧)Vsは、メインインバータ5の直流電圧であるメインコンデンサ4a、4bの電圧(メイン直流電圧)Vmに比べて小さく設定されている。The output voltages of the
The voltage (sub DC voltage) Vs of the
また、電力変換装置は、DC/DCコンバータ3およびインバータ部10を制御する制御装置20を備える。さらに電力変換装置は、太陽電池1が出力する電圧Vb、電流ibを検出する電圧センサ、電流センサと、メインインバータ5のメイン直流電圧Vmを検出する電圧センサと、各サブインバータ7a、7bのサブ直流電圧Vsを検出する電圧センサと、インバータ部10の各相の電流である変換器電流としてのインバータ電流i(iu、iv、iw)を検出する電流センサと、電力系統15の系統電圧VAを検出する電圧センサとを備え、制御装置20は、検出されたこれらの電圧、電流に基づいてDC/DCコンバータ3およびインバータ部10を制御する。
Further, the power conversion device includes a
制御装置20は、DC/DCコンバータ3を制御して太陽電池1の出力制御を行う太陽電池出力制御部21と、メイン直流電圧Vmを制御するメイン直流電圧制御部22と、インバータ電流iを制御するインバータ電流制御部23と、第1のゲートパルス生成部24aおよび第2のゲートパルス生成部24bを有してインバータ部10への制御信号としてのゲートパルス信号を生成するゲートパルス生成部24とを備える。さらに制御装置20は、系統電圧VAの瞬時電圧低下(以下、瞬低と称す)からの復帰を検出する系統電圧復帰検出部25と、サブ直流電圧Vsの異常を検出するサブ直流電圧異常検出部26と、2種の制御モードを切り替えるモード切替信号27aを生成する制御モード切替部27と、モード切替信号27aによりゲートパルス生成部24の第1のゲートパルス生成部24aと第2のゲートパルス生成部24bとを切り替えるゲートパルス切替部28と、メインインバータ5および各サブインバータ7a、7b内の各半導体スイッチング素子6、9のゲートを駆動する信号29aを生成するゲートドライブ回路29とを備える。
The
このように構成される電力変換装置の制御装置20の動作を以下に説明する。
なお制御装置20は、第1の制御モードとなる通常時の通常モードと、第2の制御モードとなる、系統電圧VAの瞬低時の電圧低下モードとの2種の制御モードを有してインバータ部10を制御し、第1のゲートパルス生成部24aは通常モードでのインバータ部10へのゲートパルス信号を生成し、第2のゲートパルス生成部24bは電圧低下モードでのインバータ部10へのゲートパルス信号を生成する。Operation | movement of the
The
太陽電池出力制御部21には、太陽電池1の出力電圧Vb、出力電流ibおよびメイン直流電圧Vmの各検出値が入力され、メイン直流電圧VmがVm上限値以下の時は、太陽電池1が最大電力を出力するようにDC/DCコンバータ3への駆動信号を生成してDC/DCコンバータ3を制御する。Vm上限値は、メイン直流電圧指令値Vm*より所定電圧分高く設定され、メイン直流電圧VmがVm上限値を超えると、太陽電池出力制御部21は、太陽電池1が出力電力を低下させるようにDC/DCコンバータ3への駆動信号を生成し、メイン直流電圧Vmの増加を抑制する。The detected values of the output voltage Vb, the output current ib, and the main DC voltage Vm of the
検出されたメイン直流電圧Vmはメイン直流電圧制御部22にも入力され、メイン直流電圧制御部22では、メイン直流電圧Vmがメイン直流電圧指令値Vm*に追従するように、インバータ部10の各相の電流であるインバータ電流iの指令値i*を生成する。具体的には、まず、メイン直流電圧Vmがメイン直流電圧指令値Vm*に追従するようにインバータ電流指令値i*の振幅を決定し、次いで電力系統15に対して力率が1になるようにインバータ電流指令値i*の位相を決定して指令値i*を生成する。インバータ電流制御部23では、系統電圧VAおよびインバータ電流iの各検出値とインバータ電流指令値i*が入力され、インバータ電流iがインバータ電流指令値i*に追従するように、インバータ部10の出力電圧指令Vo*を生成し、出力電圧指令Vo*は、第1、第2のゲートパルス生成部24a、24bに入力される。The detected main DC voltage Vm is also input to the main DC
ゲートパルス切替部28は、モード切替信号27aにより第1のゲートパルス生成部24aと第2のゲートパルス生成部24bとを切替選択し、通常モードでは第1のゲートパルス生成部24aが、瞬低時の電圧低下モードでは第2のゲートパルス生成部24bが選択されてゲートドライブ回路29に接続される。
第1、第2のゲートパルス生成部24a、24bでは、インバータ電流制御部23からの出力電圧指令Vo*と各サブインバータ7a、7bのサブ直流電圧Vsの検出値とが入力され、これらの入力と設定されたサブ直流電圧指令値Vs*とに基づいて、メインインバータ5および各サブインバータ7a、7bの出力電圧を決定し、各ゲートパルス信号を生成する。この時、メインインバータ5の出力電圧と各サブインバータ7a、7bの出力電圧との電圧和であるインバータ部10の出力電圧Voが、出力電圧指令Vo*に追従すると共に、各サブインバータ7a、7bのサブ直流電圧Vsが設定されたサブ直流電圧指令値Vs*に一致するようにメインインバータ5および各サブインバータ7a、7bへのゲートパルス信号を生成する。The gate
In the first and second
通常モードの第1のゲートパルス生成部24aでは、メインインバータ5が系統電圧周期に合わせた半周期に1パルスの電圧を出力するようにメインインバータ5へのゲートパルス信号を生成すると共に、各サブインバータ7a、7bをPWM制御するゲートパルス信号を生成する。電圧低下モードの第2のゲートパルス生成部24bでは、各サブインバータ7a、7bがサブコンデンサ8a、8bをバイパスさせて出力電圧を0とするように各サブインバータ7a、7bへのゲートパルス信号を生成すると共に、メインインバータ5を出力電圧指令Vo*によりPWM制御するゲートパルス信号を生成する。
そして、ゲートドライブ回路29は、メインインバータ5および各サブインバータ7a、7bへのゲートパルス信号28aに基づいて、各半導体スイッチング素子6、9のゲートを駆動する信号29aを生成して各半導体スイッチング素子6、9を駆動する。The first gate
The
また、検出された系統電圧VAは系統電圧復帰検出部25にも入力され、系統電圧復帰検出部25は系統電圧VAが所定の電圧以上であること、即ち瞬低から復帰したことを検出して系統復帰信号25aを出力する。
各サブインバータ7a、7bのサブ直流電圧Vsの検出値はサブ直流電圧異常検出部26にも入力される。サブ直流電圧Vsの異常を検出するサブ直流電圧異常検出部26では、図2に示すように、制御モード切り替えのための判定電圧、即ち通常モードの電圧上限Vmaxおよび電圧下限Vminと、過電圧、不足電圧から保護してトリップするための過電圧保護レベルVHHおよび不足電圧保護レベルVLLとを有する。そして、サブ直流電圧Vsの検出値が、Vmin以上、Vmax以下である所定の電圧範囲を外れると、サブ直流電圧Vsの異常を検出して制御モード切替部27へ電圧異常信号26aを出力し、さらに上記所定の電圧範囲より広くVLL以上、VHH以下である運転電圧範囲を外れると、ゲートドライブ回路29へトリップ信号26bを出力する。The detected system voltage VA is also input to the system voltage
The detection value of the sub DC voltage Vs of each of the
制御モード切替部27では、系統電圧復帰検出部25からの系統復帰信号25aと、サブ直流電圧異常検出部26からの電圧異常信号26aとが入力され、これらの信号に基づいてモード切替信号27aを生成する。この時、制御モード切替部27は、電圧異常信号26aが入力されると通常モードから電圧低下モードに切り替え、系統復帰信号25aが入力されると電圧低下モードから通常モードに切り替えるようにモード切替信号27aを生成する。また、後述する条件でゲートドライブ回路29へトリップ信号27bを出力する。
In the control
このように、DC/DCコンバータ3は太陽電池1から取り出す電力を制御し、インバータ部10は、太陽電池1の出力電力と電力系統15へ送り出す電力とが一致するように、メインインバータ5の直流電圧(メイン直流電圧Vm)およびサブインバータ7a、7bの直流電圧(サブ直流電圧Vs)を一定に維持しながら電力系統15に対して力率が1となるように電流制御を行う。
なお、メイン直流電圧Vmは高圧側のVmpと低圧側のVmn、サブ直流電圧Vsはサブインバータ7a、7bの個数だけ検出値があるが、いずれもVm*、Vs*に制御されるものであり、上記説明では便宜上、VmとVsとで示している。In this way, the DC / DC converter 3 controls the electric power extracted from the
The main DC voltage Vm has a detected value corresponding to the number of the
また、メイン直流電圧VmがVm上限値以下の時は、太陽電池1が最大電力を出力するようにDC/DCコンバータ3は動作し、インバータ部10は、太陽電池1の出力電力と電力系統15へ連系する電力とが一致するように動作する。このため電力系統15の瞬低時に、太陽電池1の出力電力を電力系統15に連系する電圧低下モードでは、インバータ電流iを通常モードよりも増加させることによりメイン直流電圧Vmを一定に制御する。
Further, when the main DC voltage Vm is equal to or lower than the Vm upper limit value, the DC / DC converter 3 operates so that the
ここで、瞬低時の系統電圧VAの低下量が大きく、インバータ電流iを増加させても太陽電池1からの電力を電力系統15に対して出力しきれない場合、メインインバータ5のメイン直流電圧Vmがメイン直流電圧指令値Vm*に維持できずに増加する。メイン直流電圧VmがVm上限値を超えると、太陽電池出力制御部21は、上述したように、太陽電池1が出力電力を低下させるようにDC/DCコンバータ3への駆動信号を生成し、メイン直流電圧Vmの増加を抑制する。Here, when the amount of decrease in the system voltage VA at the time of the instantaneous drop is large and the power from the
次に、通常モードおよび電圧低下モードにおけるインバータ部10の動作について説明する。
各サブインバータ7a、7bは、図3に示すように、4個の半導体スイッチング素子9(SHA1、SLA1、SHB1、SLB1)、(SHA2、SLA2、SHB2、SLB2)から成る単相フルブリッジ回路と、直流電圧を保持するサブコンデンサ8a、8bとを備える。サブコンデンサ8a、8bの電圧をVとした場合、半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せによって{−V、0、+V}の3レベルの電圧値を各サブインバータ7a、7bの交流端子間に印加することができる。そして、各サブインバータ7a、7bは、通常モードではPWM制御により出力し、電圧低下モードでは図3に示す経路でサブコンデンサ8a、8bをバイパスして電流iが流れる。具体的には、SLA1、SLB1、SLA2、SLB2をオン、SHA1、SHB1、SHA2、SHB2をオフとする。これにより、サブコンデンサ8a、8bを介さずに電流が流れ、サブコンデンサ8a、8bは瞬低時のサブ直流電圧Vsの電圧変動を抑制することができる。
なお、各サブインバータ7a、7bの電圧低下モードでの制御は、SHA1、SHB1、SHA2、SHB2をオン、SLA1、SLB1、SLA2、SLB2をオフとしても良い。Next, the operation of the
As shown in FIG. 3, each sub-inverter 7a, 7b includes a single-phase full-bridge circuit including four semiconductor switching elements 9 (SHA1, SLA1, SHB1, SLB1), (SHA2, SLA2, SHB2, SLB2),
The control in the voltage drop mode of each of the sub-inverters 7a and 7b may be performed by turning on SHA1, SHB1, SHA2, and SHB2, and turning off SLA1, SLB1, SLA2, and SLB2.
図4は、インバータ部10の一相分の回路構成を示す図である。なお、便宜上、サブインバータ部7(サブインバータ7)は一段構成を図示して説明するが、二段以上の構成でも同様である。また、図5は通常モードでのインバータ部10の各相の電圧波形であり、図6は電圧低下モードでのインバータ部10の各相の電圧波形である。また、図7は、メインインバータ5の各相電圧波形の詳細図である。
図4の回路構成からも判るように、インバータ部10が出力する相電圧Vinv(Voの一相分)は、メインインバータ5の各相の出力電圧Vinvmと各相のサブインバータ7の出力電圧Vinvsとの電圧和となる。そしてこの相電圧Vinvが、系統電圧VAとほぼ同等となるように制御される。FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit configuration for one phase of the
As can be seen from the circuit configuration of FIG. 4, the phase voltage Vinv (for one phase of Vo) output from the
通常モードにおいて、図5に示すように、メインインバータ5は、系統電圧VAの周期に合わせた半周期に1パルスの電圧を出力し、サブインバータ7はPWM制御により電圧を出力して、インバータ部10の出力電圧Vinvは系統電圧VAと同様の正弦波に近い波形に制御される。このとき、メインインバータ5のメイン直流電圧Vm(Vmp、Vmn)は、系統電圧VAの最大電圧値Vpより低いメイン直流電圧指令値Vm*に制御され、メインインバータ5の出力電圧Vinvmは、図7(a)に示すような電圧波形となる。図7(a)に示すように、メインインバータ5の直流電圧レベルは、系統電圧VAの最大電圧値Vpより小さいが、メインインバータ5の出力電圧Vinvmに、サブインバータ7のPWM制御による出力電圧Vinvsが加算されて系統電圧VAと同レベルの電圧を信頼性良く出力することができる。また、サブインバータ7は、サブコンデンサ8の充電量と放電量とを半周期あるいは一周期で等しくして一定の指令値Vs*に追従するように制御される。In the normal mode, as shown in FIG. 5, the
なお、メイン直流電圧指令値Vm*は、系統電圧VAの最大電圧値Vpより低く設定するのが望ましいが、最大電圧値Vpと同程度以上であっても同様の制御が可能である。
また、通常モードでの制御を、メインインバータ5は、系統電圧VAの周期に合わせた半周期に1パルスの電圧を出力し、サブインバータ7はPWM制御により電圧を出力するとしたが、これに限らず、メインインバータ5を低周波で、サブインバータ7を高周波でスイッチング制御するものでも良い。The main DC voltage command value Vm * is preferably set lower than the maximum voltage value Vp of the system voltage VA, but the same control is possible even if it is equal to or higher than the maximum voltage value Vp.
In the normal mode control, the
次に、電圧低下モードでは、図6に示すように、メインインバータ5はPWM制御により系統電圧VAとほぼ同等の電圧を出力し、サブインバータ7はサブコンデンサ8をバイパスさせて出力電圧を0とする。即ち、メインインバータ5の出力電圧Vinvmがインバータ部10の出力電圧Vinvとなり、図7(b)に示すような電圧波形となる。
このときサブインバータ7では、サブコンデンサ8をバイパスして電流が流れサブコンデンサ8の充放電は無い状態となるため、瞬低時のサブ直流電圧Vsの電圧変動を抑制することができる。Next, in the voltage drop mode, as shown in FIG. 6, the
At this time, the
次に、インバータ部10の制御モードの切り替えおよび保護停止について詳述する。
通常モードでインバータ部10が動作している時に電力系統15に瞬低が発生すると、サブインバータ7a、7bは、サブ直流電圧Vsを指令値Vs*に維持してインバータ電流iを制御するのが困難になり、サブ直流電圧Vsが変動する。
上述したように、サブ直流電圧異常検出部26では、通常モードから電圧低下モードへの切り替えのための電圧範囲(Vmin〜Vmax)と、トリップ信号26bを出力してインバータ部10を保護停止する為の運転電圧範囲(VLL〜VHH)とを有して、サブ直流電圧Vs(検出値)を判定する(図2参照)。そして、サブ直流電圧Vsが、Vmin未満になる、あるいはVmaxを超えると、インバータ部10の制御は、通常モードから電圧低下モードに切り替わる。また、系統電圧VAが所定電圧以上となり瞬低から復帰したことが系統電圧復帰検出部25により検出されると、電圧低下モードから通常モードへ復帰する。
インバータ部10の制御が通常モードから電圧低下モードに切り替わっても、さらにサブ直流電圧Vsが変動し、VLL未満になる、あるいはVHHを超えると、制御装置20は、インバータ部10を保護停止し、電力変換器を電力系統15から解列させる。具体的には、サブ直流電圧異常検出部26からゲートドライブ回路29へトリップ信号26bを出力して、メインインバータ5およびサブインバータ7a、7b内の全ての半導体スイッチング素子6、9をオフにする。Next, control mode switching and protection stop of the
If an instantaneous drop occurs in the
As described above, the sub DC voltage abnormality detection unit 26 outputs the voltage range (Vmin to Vmax) for switching from the normal mode to the voltage drop mode and the trip signal 26b to stop the
Even when the control of the
図8は、サブ直流電圧Vsと制御モードとの関係を示す波形図である。図8(a)は、サブ直流電圧Vsが増大して通常モードから電圧低下モードに移行した場合を示し、図8(b)は、サブ直流電圧Vsが減少して通常モードから電圧低下モードに移行した場合を示す。いずれの場合も、系統電圧VAが瞬低から復帰すると電圧低下モードから通常モードに戻る。その際、復帰タイミングによりオーバーシュートしてサブ直流電圧Vsが電圧範囲(Vmin〜Vmax)を外れる場合があるが、所定の時間tをマスク時間としてサブ直流電圧Vsが電圧範囲(Vmin〜Vmax)を外れていても電圧低下モードに移行させず通常モードで制御する。
なお、VmaxはVHHより低く、VminはVLLより高く設定されているため、制御モード切り替え直後のオーバーシュートによる保護停止を防ぎ、運転を継続することが可能となる。FIG. 8 is a waveform diagram showing the relationship between the sub DC voltage Vs and the control mode. FIG. 8A shows a case where the sub DC voltage Vs increases and shifts from the normal mode to the voltage drop mode. FIG. 8B shows a case where the sub DC voltage Vs decreases and the normal mode is changed to the voltage drop mode. Indicates the case of migration. In either case, when the system voltage VA returns from the instantaneous drop, the voltage drop mode returns to the normal mode. At this time, the sub DC voltage Vs may deviate from the voltage range (Vmin to Vmax) due to overshoot due to the return timing, but the sub DC voltage Vs falls within the voltage range (Vmin to Vmax) with a predetermined time t as a mask time. Even if it is off, control is performed in the normal mode without shifting to the voltage drop mode.
Since Vmax is set lower than VHH and Vmin is set higher than VLL, it is possible to prevent protection stop due to overshoot immediately after switching the control mode and continue operation.
図9は、インバータ部10の制御モードの切り替えおよび保護停止処理をフローチャートで示したものである。
インバータ部10が通常モードで制御されているとき、サブ直流電圧異常検出部26において、サブ直流電圧Vsの異常を判定する(ステップS1)。ステップS1にて、サブ直流電圧Vsが電圧範囲(Vmin〜Vmax)内の通常レベルであれば通常モードを継続する(ステップS2)。ステップS1にて、サブ直流電圧Vsが運転電圧範囲(VLL〜VHH)を外れる保護停止レベルであればトリップ信号26bを出力してインバータ部10を保護停止し、電力変換器を電力系統15から解列させる(ステップS3)。ステップS1にて、サブ直流電圧Vsが運転電圧範囲(VLL〜VHH)内であって、電圧範囲(Vmin〜Vmax)を外れると、サブ直流電圧異常検出部26は制御モード切替部27へ電圧異常信号26aを出力し、制御モード切替部27は通常モードから電圧低下モードに切り替える(ステップS4)。
なお、サブ直流電圧Vsの異常判定は全相で行い、1相でも異常が検出されると制御モードの切り替え、あるいは保護停止を行う。FIG. 9 is a flowchart showing control mode switching and protection stop processing of the
When the
The abnormality determination of the sub DC voltage Vs is performed for all phases, and when an abnormality is detected even for one phase, the control mode is switched or the protection is stopped.
系統電圧復帰検出部25では、系統電圧VAが瞬低からの全相復帰を検出して系統復帰信号25aを出力する(ステップS5)が、制御モード切替部27では、ステップS4にて電圧低下モードに切り替わってからの時間、即ち電圧低下モードでの運転継続時間を監視し、予め設定された一定時間を超えると(ステップS6)、トリップ信号27bを出力してインバータ部10を保護停止し、電力変換器を電力系統15から解列させる(ステップS7)。
ステップS5にて、電圧低下モードでの運転継続時間が上記一定時間内で、系統復帰信号25aが出力されると、制御モード切替部27では、所定時間内での制御モード切り替え回数が設定回数以内かどうかを判定し(ステップS8)、設定回数を超えて制御モードが繰り返し切り替えられていると、トリップ信号27bを出力してインバータ部10を保護停止し、電力変換器を電力系統15から解列させる(ステップ9)。ステップS8にて、所定時間内での制御モード切り替え回数が設定回数以内であれば、制御モード切替部27は電圧低下モードから通常モードに切り替える(ステップS10)。In the system voltage
In step S5, when the
サブ直流電圧異常検出部26では、サブ直流電圧Vsの異常と共に電圧範囲(Vmin〜Vmax)内の通常レベルへの復帰を判定している(ステップS11)が、制御モード切替部27では、サブ直流電圧Vsが通常レベルへ復帰しないと、ステップS10にて通常モードに切り替わってからの時間を監視し、所定のマスク時間tを超えると(ステップS13)、トリップ信号27bを出力してインバータ部10を保護停止し、電力変換器を電力系統15から解列させる(ステップS13)。
The sub DC voltage abnormality detection unit 26 determines the return to the normal level within the voltage range (Vmin to Vmax) together with the abnormality of the sub DC voltage Vs (step S11). If the voltage Vs does not return to the normal level, the time after switching to the normal mode is monitored in step S10, and if the predetermined mask time t is exceeded (step S13), the trip signal 27b is output and the
なお、上記説明では、全相同時に制御モードを切り替えたが、異常が発生した相のみの切り替えてもよい。系統電圧VAの復帰についても所定の電圧以上に復帰した相から通常モードへ移行しても良い。 In the above description, the control mode is switched at the same time for all phases, but only the phase in which an abnormality has occurred may be switched. Regarding the restoration of the system voltage VA, the phase may be shifted to the normal mode from the phase that has returned to a predetermined voltage or higher.
以上のようにこの実施の形態では、サブ直流電圧Vsが通常レベルの時には、インバータ部10は通常モードで運転され、メインインバータ5は半周期に1パルスの電圧を出力し、サブインバータ7はPWM制御により電圧を出力して、これらの出力和をインバータ部10の出力とする。このため、比較的高い電圧を扱うメインインバータ5は、直流電圧レベルを低くできると共に高周波スイッチングが不要で、各半導体スイッチング素子6、9での損失の低い高効率なインバータ部10が得られる。
また系統電圧VAに瞬低が発生してサブ直流電圧Vsが変動するとインバータ電流iが過電流となるものであるが、制御モードを電圧低下モードに切り替える。これにより、サブコンデンサ8をバイパスしてサブ直流電圧Vsの電圧変動を抑制し、メインインバータ5をPWM制御して過電流を抑制し所望の電流制御が継続でき、電力変換装置は電力系統15に安定的に電力供給することが可能になる。As described above, in this embodiment, when the sub DC voltage Vs is at the normal level, the
In addition, when an instantaneous drop occurs in the system voltage VA and the sub DC voltage Vs fluctuates, the inverter current i becomes an overcurrent, but the control mode is switched to the voltage reduction mode. Thereby, the
サブ直流電圧Vsの検出値に基づいて制御モードを電圧低下モードに切り替えることにより、制御モード切り替え前にサブ直流電圧Vsがさらに変動するのが防止できる。このため、通常モードへの復帰時にも、速やかに高精度な制御が行える。
また、通常モードへの復帰は、系統電圧VAの瞬低からの復帰を検出して行う。系統電圧VAが復帰すると、通常モードでの制御によりサブ直流電圧Vsも速やかに通常レベルに戻り通常モードでの運転を継続できる。
このように比較的高い電圧を扱うメインインバータ5をPWM制御するのは、短い期間のみであるため、スイッチング損失の増大を抑制できる。また、インバータ部10の制御によりサブコンデンサ8のサブ直流電圧Vsが制御されるため、サブコンデンサ8は他の電源を外部に備えずに電圧を安定化でき、インバータ部10の小型化が図れる。By switching the control mode to the voltage drop mode based on the detected value of the sub DC voltage Vs, it is possible to prevent the sub DC voltage Vs from further changing before the control mode is switched. For this reason, high-precision control can be performed promptly even when returning to the normal mode.
Further, the return to the normal mode is performed by detecting the return from the instantaneous drop of the system voltage VA. When the system voltage VA is restored, the sub DC voltage Vs is quickly returned to the normal level by the control in the normal mode, and the operation in the normal mode can be continued.
Since the
また、インバータ部10の制御において、電圧低下モードでの運転継続時間が一定時間を経過すると、あるいは、所定時間内の制御モードの切り替え回数が設定回数を超えて繰り返されると、インバータ部10を保護停止させる。これにより、異常状態での電力変換器の運転継続を防止することができる。
また、電圧低下モードから通常モードに切り替え後にマスク時間tを設けて、電圧低下モードへの再移行を禁止させるため、制御モード切替直後に発生する過渡的なサブ直流電圧Vsの変動に起因する電圧低下モードへの再移行を防止することができる。Further, in the control of the
Further, in order to provide a mask time t after switching from the voltage drop mode to the normal mode and prohibit re-transition to the voltage drop mode, a voltage caused by a transient change in the sub DC voltage Vs that occurs immediately after the control mode switch. It is possible to prevent the transition to the lower mode again.
また、制御装置20は、メイン直流電圧制御部22、インバータ電流制御部23およびゲートパルス生成部24において、比例積分制御を用いて制御演算を行っているが、通常モードと電圧低下モードとの切り替え時に、比例積分制御に用いる積分器の出力をリセットする。これにより、制御モード切り替えで発生する制御器の誤差によって制御に異常が発生するのを回避することができる。
The
さらに、太陽電池1がその時点の最大電力を出力するようにDC/DCコンバータ3は制御されるが、メイン直流電圧Vmが増加して上限値を超えると、太陽電池1の出力電力を抑制するように調整する。これにより、メイン直流電圧Vmを直流電圧指令値Vm*に制御でき、信頼性良く電力変換器の運転を継続することができる。この場合、太陽電池1の出力電力を抑制するのは短時間であり、DC/DCコンバータ3は可能な限りより高い電力を太陽電池1から取り出すように制御される。Furthermore, although the DC / DC converter 3 is controlled so that the
なお、上記実施の形態では、サブ直流電圧Vsの検出値が所定の電圧範囲を外れると、サブ直流電圧Vsの異常を検出したが、サブ直流電圧Vsの検出値とその指令値Vs*との偏差(Vs−Vs*)を用いて異常検出を行っても良い。この場合、図10に示すように、通常モード(第1の制御モード)の制御が可能な偏差(Vs−Vs*)の電圧範囲を設定し、偏差(Vs−Vs*)が電圧範囲を外れると、サブ直流電圧Vsの異常を検出して制御モードを電圧低下モード(第2の制御モード)に切り替える。In the above embodiment, when the detected value of the sub DC voltage Vs is out of the predetermined voltage range, the abnormality of the sub DC voltage Vs is detected. However, the detected value of the sub DC voltage Vs and its command value Vs * Anomaly detection may be performed using the deviation (Vs−Vs * ). In this case, as shown in FIG. 10, the voltage range of the deviation (Vs−Vs * ) that can be controlled in the normal mode (first control mode) is set, and the deviation (Vs−Vs * ) is out of the voltage range. Then, the abnormality of the sub DC voltage Vs is detected, and the control mode is switched to the voltage drop mode (second control mode).
また、上記実施の形態では分散電源に太陽電池1を用いたが、バッテリなど他の直流電源でも良く、その場合もDC/DCコンバータ3は分散電源からの直流電力を取り出すように制御される。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態1では、メインインバータ5は三相構成のものを示したが、単相インバータであっても良い。
In the first embodiment, the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、太陽電池1からの直流電力をインバータ部10を介して電力系統15に連系する、いわゆる系統連系インバータについて記載したが、上記実施の形態1と同様の構成の制御装置20を、交流電力を直流電力に変換して、例えばモータドライブ装置などの直流負荷へ電力を供給するコンバータ装置に適用しても良い。
図11は、この発明の実施の形態2による電力変換装置、より具体的には、電力系統31からの交流電力を直流電力に変換し、直流負荷32に対して電力を供給するコンバータ装置の主回路(電力変換器)であるコンバータ回路30の構成を示す図である。
コンバータ回路30は、主電力変換器としてのメインコンバータ33とサブコンバータ部34とを備える。サブコンバータ部34は、電力系統31の各相交流線にそれぞれ1以上直列接続された副電力変換器としてのサブコンバータ35から成り、メインコンバータ33の各相交流線に直列接続している。
また、コンバータ回路30の電力系統31側には交流リアクトル38が接続され、さらに開閉器39を介して電力系統31が接続される。そしてメインコンバータ33からの直流電圧がメインコンデンサ37a、37bを介して直流負荷32に出力される。
In the first embodiment, a so-called grid-connected inverter that links DC power from the
FIG. 11 shows the mains of the power converter according to
In addition, an
メインコンバータ33は、それぞれダイオードが逆並列接続されたIGBT等から成る自己消弧型の半導体スイッチング素子を複数個備えて構成される三相3レベルコンバータであり、各相において、直流母線間に高圧側半導体スイッチング素子と低圧側半導体スイッチング素子とを直列接続し、その接続点と2つのメインコンデンサ37a、37bの接続点との間に、互いに逆極性に接続された2つの半導体スイッチング素子を接続する。
なお、ここで用いる半導体スイッチング素子はIGBT以外にも、GCT、GTO、トランジスタ、MOSFET等でもよい。なお、メインコンデンサ37a、37bはメインコンバータ33の直流側に内蔵され、またメインコンバータ33は、三相2レベルインバータでも良い。The
The semiconductor switching element used here may be GCT, GTO, transistor, MOSFET or the like in addition to IGBT. The
各サブコンバータ35は、直流電圧を保持する直流コンデンサとしてのサブコンデンサ36と、それぞれ4個のMOSFET等から成る半導体スイッチング素子とを備えた単相フルブリッジコンバータである。
なお、ここでは、サブコンバータ35は1段構成で接続しているが、2以上の多段構成で直列に接続して出力電圧のレベル数を多くし、高調波の少ない電圧を出力できる構成としても良い。
また、コンバータ回路30は三相構成のものを示したが、単相のコンバータ回路であってもよい。Each sub-converter 35 is a single-phase full-bridge converter including a sub-capacitor 36 serving as a DC capacitor that holds a DC voltage, and semiconductor switching elements each including four MOSFETs.
Here, although the sub-converter 35 is connected in a single stage configuration, it may be connected in series with two or more multi-stage configurations to increase the number of output voltage levels and output a voltage with less harmonics. good.
Further, although the
この実施の形態においても、上記実施の形態1と同様の制御装置20を用いて、通常モードと電圧低下モードとの2種の制御モードを切り替えて、相電流である変換器電流iが力率1になるように制御すると共に、サブコンデンサ36のサブ直流電圧Vsが設定された指令値Vs*となるように制御する。このため、電力系統31へ流出する高調波電流を抑制でき、上記瞬低時にもサブ直流電圧Vsの電圧変動を抑制して過電流を抑制し所望の電流制御が継続できて、コンバータ回路30の運転を継続でき、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。Also in this embodiment, the
実施の形態3.
この実施の形態3では、上記実施の形態1と同様にサブ直流電圧Vsの異常を検出して制御モードを切り替えると共に、さらに系統電圧VAの瞬低等の電圧異常を検出して制御モードを切り替える。
この場合、図12(a)に示すように、通常モードの制御が可能な系統電圧VAの電圧範囲を設定する。そして制御装置20は、サブ直流電圧Vsの検出値が所定の電圧範囲内、即ち通常モードの電圧範囲内(Vmin〜Vmax)にある時に、系統電圧VAが設定された電圧範囲を外れると、系統電圧VAの異常を検出して制御モードを電圧低下モードに切り替える。
また、通常モードへの復帰は、図12(b)に示すように、系統電圧VAが設定された電圧範囲内に復帰した事を検出して行う。その他の構成および制御については、上記実施の形態1と同様である。Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, as in the first embodiment, the control mode is switched by detecting the abnormality of the sub DC voltage Vs, and the control mode is switched by detecting a voltage abnormality such as an instantaneous drop of the system voltage VA. .
In this case, as shown in FIG. 12A, the voltage range of the system voltage VA that can be controlled in the normal mode is set. When the detected value of the sub DC voltage Vs is within a predetermined voltage range, that is, within the normal mode voltage range (Vmin to Vmax), the
Further, the return to the normal mode is performed by detecting that the system voltage VA has returned to the set voltage range, as shown in FIG. Other configurations and controls are the same as those in the first embodiment.
これにより、系統電圧VAが急峻に変動した際、サブ直流電圧Vsが変動する前に制御モードを切り替える事ができ、制御モード切り替え前にサブ直流電圧Vsが変動するのが抑制できる。このため、通常モードへの復帰時に、より速やかに高精度な制御が行える。
なお、系統電圧VAの電圧異常は、瞬低に限らず、電圧上昇の場合もあり、その場合も異常を検出して制御モードを電圧低下モードに切り替え、復帰を検出して通常モードに戻す。
また、系統電圧VAの異常は、電圧値だけでなく、周波数、位相についても基準の正弦波と異なる事があり、制御モード切替のための異常検出は、系統電圧VAの周波数や位相に基づいて行っても良い。As a result, when the system voltage VA changes sharply, the control mode can be switched before the sub DC voltage Vs changes, and the sub DC voltage Vs can be prevented from changing before the control mode is switched. For this reason, when returning to the normal mode, highly accurate control can be performed more quickly.
Note that the voltage abnormality of the system voltage VA is not limited to the instantaneous voltage drop but may be a voltage rise. In this case, the abnormality is detected and the control mode is switched to the voltage drop mode, and the return is detected to return to the normal mode.
Also, the abnormality of the system voltage VA may differ from the reference sine wave not only in the voltage value but also in the frequency and phase, and the abnormality detection for switching the control mode is based on the frequency and phase of the system voltage VA. You can go.
実施の形態4.
この実施の形態4では、上記実施の形態1と同様に、サブ直流電圧Vsの異常を検出して制御モードを切り替えると共に、さらにメインインバータ5のメイン直流電圧Vmの電圧異常を検出して制御モードを切り替える。
この場合、図13(a)に示すように、通常モードの制御が可能なメイン直流電圧Vmの電圧範囲を設定する。そして制御装置20は、サブ直流電圧Vsの検出値が所定の電圧範囲内、即ち通常モードの電圧範囲内(Vmin〜Vmax)にある時に、メインインバータ5のメイン直流電圧Vmが設定された電圧範囲を外れると、メイン直流電圧Vmの異常を検出して制御モードを電圧低下モードに切り替える。その他の構成および制御については、上記実施の形態1と同様であり、通常モードへの復帰についても、上記実施の形態1と同様に、系統電圧VAの復帰を検出して行う。
これにより、サブ直流電圧Vsが変動する前にメイン直流電圧Vmの電圧異常を検出して制御モードを切り替える事ができ、制御モード切り替え前にサブ直流電圧Vsが変動するのが抑制できる。このため、通常モードへの復帰時に、より速やかに高精度な制御が行える。
In the fourth embodiment, as in the first embodiment, the control mode is switched by detecting the abnormality of the sub DC voltage Vs, and further, the control mode is detected by detecting the voltage abnormality of the main DC voltage Vm of the
In this case, as shown in FIG. 13A, the voltage range of the main DC voltage Vm that can be controlled in the normal mode is set. The
Accordingly, it is possible to detect a voltage abnormality of the main DC voltage Vm before the sub DC voltage Vs fluctuates and to switch the control mode, and to suppress the sub DC voltage Vs from fluctuating before the control mode is switched. For this reason, when returning to the normal mode, highly accurate control can be performed more quickly.
なお、通常モードへの復帰について、図13(b)に示すように、メインインバータ5のメイン直流電圧Vmが設定された電圧範囲内に復帰した事を検出して行っても良い。
Note that the return to the normal mode may be performed by detecting that the main DC voltage Vm of the
また、メイン直流電圧Vmの代わりに、図14(a)に示すように、メイン直流電圧Vmとその指令値Vm*との偏差(Vm−Vm*)を用いて異常検出を行っても良い。
この場合も、通常モードへの復帰について、図14(b)に示すように、メイン直流電圧Vmとその指令値Vm*との偏差(Vm−Vm*)が設定された電圧範囲内に復帰した事を検出して行っても良い。Further, instead of the main DC voltage Vm, as shown in FIG. 14A, abnormality detection may be performed using a deviation (Vm−Vm * ) between the main DC voltage Vm and its command value Vm * .
Also in this case, with respect to the return to the normal mode, as shown in FIG. 14B, the deviation (Vm−Vm * ) between the main DC voltage Vm and its command value Vm * is returned within the set voltage range. You may do this by detecting things.
さらにまた、インバータ部10の各相の電流i(インバータ電流i)の検出値を用いて異常検出を行っても良い。この場合、図15(a)に示すように、通常モードの制御が可能な電流iの電流範囲を設定する。そして制御装置20は、サブ直流電圧Vsの検出値が所定の電圧範囲内、即ち通常モードの電圧範囲内(Vmin〜Vmax)にある時に、電流iが設定された電流範囲を外れると、異常を検出して制御モードを電圧低下モードに切り替える。これにより過電流を速やかに検出して制御モードの切り替えが可能になり、制御モード切り替え前にサブ直流電圧Vsが変動するのが抑制できる。
この場合も、通常モードへの復帰について、図15(b)に示すように、電流iが設定された電流範囲内に復帰した事を検出して行っても良い。
なお、異常検出に用いる電流iは、開閉器14よりも電力系統15側で検出される電流であっても良い。また、電流iの検出値は、ピーク値に限らず瞬時値、実効値、平均値などでも良い。Furthermore, abnormality detection may be performed using the detected value of the current i (inverter current i) of each phase of the
Also in this case, the return to the normal mode may be performed by detecting that the current i has returned within the set current range, as shown in FIG.
The current i used for abnormality detection may be a current detected on the
また図16に示すように、インバータ部10内の半導体スイッチング素子やダイオードである半導体素子の接合温度を測定して、接合温度が設定された上限よりも高くなると異常を検出して制御モードを電圧低下モードに切り替えても良い。インバータ部10の各相の電流iが過電流になると、半導体素子の接合温度が上昇するものであり、接合温度の上昇を検出することで、異常を検出して制御モードの切り替えが可能になる。この場合も、制御装置20は、サブ直流電圧Vsの検出値が所定の電圧範囲内、即ち通常モードの電圧範囲内(Vmin〜Vmax)にある時に、半導体素子の接合温度が上限よりも高くなる制御モードを切り替えるため、切り替え前にサブ直流電圧Vsが変動するのが抑制できると共に、半導体素子の信頼性を向上できる。
Further, as shown in FIG. 16, the junction temperature of the semiconductor switching element or the semiconductor element which is a diode in the
また、系統電圧VAの瞬低などにより制御装置20が、通常モードでの制御に支障を来す場合、制御装置23内の各制御演算部(メイン直流電圧制御部22、インバータ電流制御部23、ゲートパルス生成部24)で演算される制御量が異常な値となる。このため、図17(a)に示すように、制御装置20は、制御演算部における制御量に基づいて異常検出信号を発生させ、制御モードを切り替えても良い。この場合、制御装置20は、サブ直流電圧Vsの検出値が所定の電圧範囲内、即ち通常モードの電圧範囲内(Vmin〜Vmax)にある時に、制御量が異常になると制御モードを電圧低下モードに切り替える。これにより速やかに異常検出して制御モードの切り替えが可能になり、制御モード切り替え前にサブ直流電圧Vsが変動するのが抑制できる。
この場合も、通常モードへの復帰について、図17(b)に示すように、制御演算部における制御量が通常レベルに復帰して異常検出信号がオフすることで行っても良い。Further, when the
Also in this case, the return to the normal mode may be performed when the control amount in the control calculation unit returns to the normal level and the abnormality detection signal is turned off, as shown in FIG.
また、上述した異常検出の手法は、複数種を組み合わせて多重化して行う事ができ、より速く異常検出して制御モードを切り替える事ができる。 Further, the above-described abnormality detection method can be performed by combining a plurality of types and multiplexed, and can detect an abnormality faster and switch the control mode.
実施の形態5.
上記各実施の形態では、インバータ部10や制御装置20の異常検出により制御モードを切り替えたが、制御装置20は、外部からの切替指令である外部切替信号を受信して制御モードを切り替える事を可能な様に設計される。制御装置20は、図18(a)に示すように、外部切替信号により制御モードを通常モードから電圧低下モードに切り替え、その後、図18(b)に示すように、外部切替信号がオフすると、制御モードを通常モードに復帰させる。このような構成にする事で、電力変換装置を他装置と連係して運転する際、上位のシステムからの指令により制御モードを切り替え可能になり、自由度の高い運転が可能になる。
In each of the above embodiments, the control mode is switched by detecting an abnormality in the
なお、この発明は、その発明の範囲内において、上記各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that within the scope of the present invention, the above-described embodiments can be freely combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted.
Claims (12)
上記電力変換器は、1つの主電力変換器と、該主電力変換器の直流電圧より低電圧の直流コンデンサを有し、上記主電力変換器の交流側と上記電力系統との間に、交流側が直列接続された副電力変換器とを備えて、上記主電力変換器および上記副電力変換器の交流側発生電圧の合計電圧を交流側に発生し、
上記制御装置は、上記電力変換器の相電流である変換器電流を指令値に追従させ、上記副電力変換器の上記直流コンデンサの電圧が設定された電圧となるように、2種の制御モードを有して上記主電力変換器および上記副電力変換器への制御信号を生成し、
上記2種の制御モードは、系統電圧の半周期に1パルスの電圧を出力するように上記主電力変換器を制御すると共に、上記変換器電流が上記指令値に追従するように上記副電力変換器をPWM制御する第1の制御モードと、上記直流コンデンサをバイパスさせるように上記副電力変換器を制御すると共に、上記変換器電流が上記指令値に追従するように上記主電力変換器をPWM制御する第2の制御モードとであり、
上記制御装置は、上記直流コンデンサの電圧が所定の電圧範囲を外れると上記第1の制御モードから上記第2の制御モードに切り替える、
電力変換装置。The AC side is connected to the power system, and includes a power converter that performs power conversion between DC and AC, and a control device that controls the power converter,
The power converter has one main power converter and a DC capacitor having a voltage lower than the DC voltage of the main power converter, and the AC power is connected between the AC side of the main power converter and the power system. A sub power converter connected in series on the side, generating a total voltage of the AC side generated voltage of the main power converter and the sub power converter on the AC side,
The control device causes a converter current, which is a phase current of the power converter, to follow a command value, and two control modes are set so that the voltage of the DC capacitor of the sub power converter becomes a set voltage. To generate a control signal to the main power converter and the sub power converter,
The two control modes control the main power converter so as to output a voltage of one pulse in a half cycle of the system voltage, and the sub power conversion so that the converter current follows the command value. A first control mode for PWM control of the converter, and the sub power converter is controlled to bypass the DC capacitor, and the main power converter is PWMed so that the converter current follows the command value. A second control mode to be controlled,
The control device switches from the first control mode to the second control mode when the voltage of the DC capacitor is out of a predetermined voltage range.
Power conversion device.
請求項1に記載の電力変換装置。The control device detects that the system voltage is within a reference voltage range, and switches from the second control mode to the first control mode.
The power conversion device according to claim 1.
請求項2に記載の電力変換装置。The control device prohibits switching to the second control mode for a predetermined time after switching from the second control mode to the first control mode.
The power conversion device according to claim 2.
請求項2に記載の電力変換装置。When the second control mode continues for a predetermined time, the control device stops the power converter and disconnects from the power system.
The power conversion device according to claim 2.
請求項2〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。The control device stops the power converter and disconnects from the power system when the number of switching between the two control modes exceeds a set number of times within a predetermined time.
The power converter device of any one of Claims 2-4.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。When the voltage of the DC capacitor deviates from the operating voltage range wider than the predetermined voltage range for switching the control mode, the control device stops the power converter and disconnects from the power system.
The power converter device of any one of Claims 1-4.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。The control device generates the control signal to the main power converter and the sub power converter using proportional integral control, and is used for the proportional integral control when switching between the two control modes. Reset the
The power converter device of any one of Claims 1-4.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。The control device detects an abnormality of the system voltage when the voltage of the DC capacitor is within the predetermined voltage range, and switches from the first control mode to the second control mode.
The power converter device of any one of Claims 1-4.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。The control device detects an abnormality in the DC voltage of the main power converter or the converter current when the voltage of the DC capacitor is within the predetermined voltage range, and performs the first control mode from the first control mode. Switch to 2 control mode,
The power converter device of any one of Claims 1-4.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。The controller monitors the junction temperature of the semiconductor elements in the main power converter and the sub power converter, and when the voltage of the DC capacitor is within the predetermined voltage range, Detecting an abnormality and switching from the first control mode to the second control mode;
The power converter device of any one of Claims 1-4.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。When the voltage of the DC capacitor is within the predetermined voltage range, the control device detects an abnormality of a control amount calculated when generating the control signal to the main power converter and the sub power converter, Switching from the first control mode to the second control mode,
The power converter device of any one of Claims 1-4.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。When the control device receives the control mode switching command from the outside, the control device switches the control mode according to the switching command.
The power converter device of any one of Claims 1-4.
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